Puissance et energie electrique — Physique-Chimie 3eme | Précepteur Scolaire
La puissance et l'energie electrique sont au coeur du programme de 3eme. Ce chapitre combine calculs et applications concretes (securite domestique, facture d'electricite). C'est un classique du brevet.
La puissance electrique
Definition
La puissance d'un appareil indique la quantite d'energie qu'il consomme (ou fournit) par unite de temps.
Elle se note P et s'exprime en watts (W).
Multiples :
- 1 kilowatt (kW) = 1000 W
- 1 megawatt (MW) = 1 000 000 W
Formule fondamentale
P = U × I
Avec :
- P : puissance en watts (W)
- U : tension en volts (V)
- I : intensite en amperes (A)
Formules derivees :
- U = P / I
- I = P / U
Puissance nominale
La puissance nominale est inscrite sur l'appareil. C'est la puissance qu'il consomme en fonctionnement normal.
Exemples :
| Appareil | Puissance nominale |
|---|---|
| Ampoule LED | 10 W |
| Television | 100-200 W |
| Fer a repasser | 1000-2000 W |
| Four electrique | 2000-3000 W |
| Lave-linge | 2000-2500 W |
L'energie electrique
Formule
E = P × t
Avec :
- E : energie en joules (J) si t en secondes, ou en watt-heures (Wh) si t en heures
- P : puissance en watts (W)
- t : duree en secondes (s) ou en heures (h)
Le kilowatt-heure (kWh)
C'est l'unite utilisee sur les factures d'electricite.
1 kWh = energie consommee par un appareil de 1 kW pendant 1 heure.
Conversion : 1 kWh = 1000 W × 3600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ
Calculer le cout
Cout = E (en kWh) × prix du kWh
Exemple : Un radiateur de 2000 W fonctionne 6 heures. Prix du kWh : 0,20 €.
- E = 2 × 6 = 12 kWh
- Cout = 12 × 0,20 = 2,40 €
La securite electrique
Les dangers du courant
- Electrocution : le courant traverse le corps → arret cardiaque possible des 30 mA
- Court-circuit : le courant circule directement du + au - sans passer par les recepteurs → echauffement, incendie
Les dispositifs de protection
Le disjoncteur : coupe le circuit quand l'intensite depasse une valeur limite.
Comment calculer l'intensite maximale ?
Le disjoncteur d'une maison est calibre en amperes (ex : 30 A). La puissance maximale supportee :
P_max = U × I_max = 230 × 30 = 6900 W
Tous les appareils branches en meme temps ne doivent pas depasser cette puissance.
Le fusible : fond et coupe le circuit si l'intensite est trop forte. Protege un circuit specifique.
La prise de terre + disjoncteur differentiel : detecte les fuites de courant (defaut d'isolement) et coupe le circuit → protege les personnes.
Regles de securite
- Ne jamais toucher un appareil electrique avec les mains mouillees
- Ne pas surcharger une multiprise
- Utiliser des appareils aux normes (marquage CE)
- Faire verifier l'installation electrique regulierement
La loi d'Ohm
La resistance d'un conducteur s'oppose au passage du courant.
Formule : U = R × I
Avec :
- U : tension en volts (V)
- R : resistance en ohms (Ω)
- I : intensite en amperes (A)
Formules derivees :
- R = U / I
- I = U / R
Exemple : Une resistance de 100 Ω est parcourue par un courant de 0,2 A.
U = 100 × 0,2 = 20 V
Exercices types brevet
Exercice 1 : Un seche-cheveux fonctionne sous 230 V et consomme 2000 W. Quelle est l'intensite du courant ?
→ I = P/U = 2000/230 ≈ 8,7 A
Exercice 2 : Un four de 2500 W fonctionne pendant 2 heures. Calculez l'energie consommee en kWh et son cout (0,20 €/kWh).
→ E = 2,5 × 2 = 5 kWh → Cout = 5 × 0,20 = 1,00 €
Exercice 3 : Un disjoncteur est calibre a 20 A sous 230 V. Quelle est la puissance maximale du circuit ?
→ P_max = 230 × 20 = 4600 W
Exercice 4 : Peut-on brancher un four (2500 W), un lave-linge (2200 W) et un seche-linge (2000 W) sur un meme circuit protege par un disjoncteur de 30 A ?
→ P_totale = 2500 + 2200 + 2000 = 6700 W → I = 6700/230 ≈ 29,1 A → Oui, mais de justesse (< 30 A). Ajouter un autre appareil ferait disjoncter.
Exercice 5 : La resistance d'un fil de fer est de 50 Ω. Quelle intensite le traverse si la tension est de 10 V ?
→ I = U/R = 10/50 = 0,2 A
Erreurs frequentes
- Confondre puissance (W) et energie (J ou kWh)
- Oublier de convertir les W en kW pour calculer les kWh
- Calculer le cout sans avoir converti en kWh
- Confondre le role du disjoncteur (surintensites) et de la prise de terre (fuites)
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